基于光伏储能系统的软开关Buck变换器设计*

薛佃旭，苏建徽，张 健，徐海波

(1.合肥工业大学 电气与自动化工程学院，安徽 合肥 230009;2.东莞南方半导体科技有限公司，广东 东莞 523808)

0 引 言

光伏发电作为新能源发电系统的重要组成部分，受到人们越来越多的重视并得到了广泛的研究[1]。大型光伏储能系统太阳能电池板常串联使用，输出电压较高，常使用Buck变换器降压后为储能电池充电。然而，随着开关频率的提高，工作在硬开关脉宽调制(pulse width modulation，PWM)方式下的Buck变换器的开关损耗急剧增加，严重影响变换器的效率和功率密度[2,3]。采用软开关技术可以在提升变换器工作频率的同时保证变换器的效率，从而大大提升变换器的功率密度。在众多软开关技术中，零电压转换(zero-voltage transition,ZVT)和零电流转换(zero current transition,ZCT)软开关变换器优势明显[4～6]。零转换PWM电路将谐振电路与主开关并联，使用辅助开关控制谐振的开始，电路在很宽的输入电压范围和输出负载变化范围内均可实现软开关[7,8]。

本文将一种由新型有源缓冲电路组成的ZVT单元引入Buck变换器中，设计了一种应用于光伏储能系统的软开关Buck变换器,并进行了仿真与实验验证。

1 电路结构与原理分析

新型软开关Buck电路拓扑结构如图1所示，开关S1，二极管D1，电感L1和电容C1构成了Buck变换器的主要结构。由开关S2，电感L2，电容C2以及二极管D2，D3，D4组成的有源缓冲电路构成新型ZVT单元。开关管S1和S2的寄生电容分别由Coss1和Coss2表示。

图1 电路拓扑结构

为了简化电路的稳态分析过程，现做假设：1)输入电源电压Vin无脉动；2)电感L1电流IO无脉动；3)所有的无源器件视为理想器件。……